[发明专利]一种复合固体碱催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及固体碱催化剂，尤其是涉及一种复合固体碱催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着化石资源的短缺和生态环境的日益恶化，寻找一种清洁、环境友好的可再生替代能源成为人们面临的巨大挑战。生物柴油作为一种绿色环保的可再生液体燃料，已经引起了世界各国和地区的广泛关注。生物柴油具有良好的燃烧性、安全性和润滑性能，能够有效减少车用废气中二氧化碳和硫化物的排放，对控制城市大气污染具有重要的战略意义，被公认为石化柴油的理想替代能源。

生物柴油是由动植物油脂、油料下脚料或餐饮废油和低碳醇在催化剂作用下通过酯化或酯交换反应生成的一种脂肪酸酯。目前，工业上主要使用的均相酸碱催化剂HCl、H₂SO₄、KOH、NaOH等，不仅容易腐蚀反应容器，也存在催化剂难回收、产物分离和精制困难，副产物甘油难分离提纯、废液过多等问题，导致原料利用率低，生产成本增加。为了克服均相酸碱催化剂存在的问题，制备一种高效稳定的非均相固体催化剂成为学者的关注的热点。钙镁复合固体碱催化剂具有较高的催化酯交换反应活性，对目标产物选择性好，易与产物分离，可重复使用，且价格低廉，来源广泛，是一类具有应用前景的清洁的复合固体碱催化剂。

张守花等（张守花，张新海，张洪浩.K₂O/Ti–HMS固体碱催化大豆油制备生物柴油[J].大豆科学,2010,6（29）：1043–1046）介绍了等体积浸渍法制备了分子筛Ti-HMS负载碱金属氧化物的复合固体碱催化剂K₂O/Ti-HMS。结果表明：最佳反应条件是反应温度60℃，反应时间3h，n(甲醇)∶n(大豆油)=16∶1，催化剂用量为大豆油质量的3%，在此条件下大豆油的转化率在75%以上。但此酯交换转化率较低。

张丽霞（张丽霞.改性凹凸棒土固载磷钨酸（盐）及其催化酯化研究[J].江南大学.2010）研究了以浸渍法制备改性凹凸棒土负载磷钨酸铯盐的负载型固体酸催化剂CsHPW/Pa。结果表明：最佳反应条件是反应时间6h，反应温度100℃，催化剂用量为油酸质量的8%，在此条件下油酸的转化率可达80%左右。但存在催化剂制备工艺复杂，油酸转化率较低等缺点。

魏瑞平等（魏瑞平，徐波，肖国民.K₂CO₃/_γ-Al₂O₃催化棕榈油和甲醇酯交换反应制备生物柴油[J].生物加工过程,2010,6（8）：10–13）采用浸渍法制备K₂CO₃/γ-Al₂O₃负载型固体碱催化剂。结果表明：当K₂CO₃负载量为载体质量分数的22.6%，反应温度为65℃，反应时间3h，催化剂质量为油的质量的3%，n(甲醇)∶n(棕榈油)=12∶1，在此条件下棕榈油的产率最高可达91.60%，但催化剂的重复使用性能有待进一步研究。

为此，研究制备一种高效稳定的复合固体碱催化剂具有一定的经济与社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合固体碱催化剂及其制备方法。

本发明的另一目的是提供复合固体碱催化剂在制备生物柴油中的应用。

所述复合固体碱催化剂由Ca、Mg、O组成，Ca含量为0.4%～2.2%，Mg含量为53%～59%，O含量为40%～45%，催化剂的粒径为30～100nm，形态近球形，分布均匀。

所述复合固体碱催化剂的原料为钙盐和镁盐；钙盐可选自Ca(NO₃)₂·4H₂O、Ca(NO₃)₂、CaCl₂等中的一种；镁盐可选自Mg(NO₃)₂·6H₂O、Mg(NO₃)₂、MgCl₂·6H₂O、MgCl₂、MgSO₄·7H₂O、MgSO₄等中的一种。

所述一种复合固体碱催化剂的制备方法，具体步骤如下：